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甲烷向甲醇的高度选择性氧化一直是催化领域的挑战。本文揭示了在甲烷,氧气和四氢呋喃的反应环境下,调节CeO2/Cu2O/Cu(111)催化剂对一氧化碳和二氧化碳到甲醇的选择性时,通过水促进该反应的关键步骤。环境压力X射线光电子能谱显示,向甲烷和氧气中添加水会导致表面甲氧基并加速甲醇产生。这些结果与密度泛函理论计算和动力学蒙特卡洛模拟结果一致,后者表明水倾向于在CeO2/Cu2O/Cu(111)界面的活性铈离子上解离。吸附的羟基会阻止O-O键裂解,使甲氧基脱氢成一氧化碳和二氧化碳,然后直接将其转化为甲醇,而氧气会使被还原的表面重新氧化。水的吸附也将产生的甲醇转移到气相中。
过氧化氢(H2O2)在当今的化学工业中被广泛用作氧化剂和漂白剂,同时还被用作医学上的温和防腐剂。在过去的几年中,研究人员致力于研究可选择性地将O2还原为H2O2的低成本电催化剂,迄今为止取得了一定的成功。本文中报道了通过简单的“席夫碱配体介导”热解策略合成的具有四齿Ni-N2O2配位的碳负载Ni(Ⅱ)单原子催化剂。简而言之,是席夫碱配体(R,R)-(-)-N,N'-双(3,5-二叔丁基水杨基亚胺)-1,2-环己烷二胺(雅各布森配体)的Ni(Ⅱ)络合物吸附到炭黑载体上,之后改性碳材料在300oC的Ar中热解。所获得的Ni-N2O2/C催化剂在碱性条件下将O2通过两电子转移过程电催化还原为H2O2表现出优异的性能,旋转环盘电极测试中H2O2选择性为96%。在70 mA cm-2的电流密度下,使用三相流通池可实现5.9 mol gcatalyst-1h-1的H2O2生产率,并在8小时的测试中保持了良好的稳定性。此外,Ni-N2O2/C催化剂可以在高电流密度下将空气中的O2电催化还原为H2O2,仍然提供高的H2O2选择性(>90%)。精确的Ni-N2O2配位是实现这一出色性能的关键,它指导了将O2选择性还原为H2O2的金属单原子催化剂的未来发展。
由于通常CO2电化学转化甲烷,乙烯和乙醇的选择性较高,因此很少观察到将CO2电化学转化为乙烷的方法,于是有关其反应机理的实验证据很大程度上仍然未知。本文通过将电化学与原位X射线吸收精细结构和原位拉曼技术相结合,研究了碘化物衍生铜(ID-Cu)和氧化物衍生铜(OD-Cu)系统,以更深入地了解从二氧化碳到乙烷的机理。由于表面上有微量的碘和带正电的Cu,与ID-Cu相比,ID-Cu上乙烷的产生具有更高的选择性和更快的动力学,并发现乙烷的形成遵循生成乙烯和乙醇的相同途径,并且后期乙氧基中间体的更佳的稳定性可以使反应转向生成乙醇的方向。
在新开发的配体Ming-Phos的支持下,本文开发出钯催化的外消旋炔丙基苯甲酸酯与有机硼酸的高对映选择性偶合,用于手性异戊烯合成。在合适的衬底范围内,可以实现出色的不对称感应。已证明该研究具有多个手性中心的多环化合物的合成潜力。
本文研究了了铜催化的烯烃分子间三组分不对称自由基1,2-羰基炔基化反应,提供了从容易获得的烷基卤化物和末端炔烃直接访问各种手性炔烃的途径。金鸡纳生物碱衍生的多齿N,N,P-配体对于铜有效地从轻度氧化前体产生自由基以及有效抑制不希望的Glaser偶联副反应至关重要。底物的范围很广,涵盖(杂)芳基,炔基和氨基羰基取代的烯烃,(杂)芳基和烷基以及甲硅烷基炔烃,以及具有优异官能团相容性的叔至伯烷基自由基前体。还证明了所获得的手性炔烃的简便转化,突显了该方案与基于C(sp2/sp3)的试剂直接进行1,2-双碳官能化反应的优异互补性。
工业金属氧化物催化剂的制备,通常需要可牺牲有机模板,过量的溶剂,复杂的浸渍和干燥步骤。本文报道了一种用于简单地合成具有良好分散的贵金属物种的高度多孔的金属氧化物的通用规则。得到的多孔金属氧化物(Co3O4,FexOy和Cr2O3)的某些表面积(例如Cr2O3:224 m2·g-1)超出了记录值。出人意料的是,小的贵金属纳米颗粒(例如,Pd:3.1和Pt:3.2nm)可以通过该固态工艺同时被结合。相应的Rh-Co3O4,Pd-FexOy和Pt-Cr2O3具有出色的性能:CH4燃烧(T90=~360°C,热稳定性:在680°C下>100 h),硝基苯及其衍生物的氢化([TON]=2.49×104,每次运行300 mmol),反向水煤气变换(RWGS)反应(44%的CO2转化率,~98%的CO选择性,热稳定性:在500°C时>100 h)。因此,基于NaCl的固溶体可以提供制备金属氧化物催化剂的固态,快速且有效的途径。
26. Chem: 激光微结构化铜揭示了电催化还原CO2的选择性
目前对于设计局部化学环境控制CO2电还原选择性的转化为增值产品的策略只有定性的理解。局部浓度测量的不可行性和模拟在实际系统中的有限适用性阻碍了更精确的导向。本文利用超短脉冲激光烧蚀制备的微结构铜(Cu)电极,量化了电化学环境对选择性的影响。本研究制作了规则分布的微探针,并评估了它们在不同超电位下的产物分布。规则的几何形状能够精确模拟局部pH值和CO2浓度。得到了对机理和应用研究有用的选择性图谱。揭示了C1-C3产物的清晰模式,并提出了新的见解,如丙醇反应存在两种反应机制。并预测了提高传质和电解质组成等操作参数对选择性的影响。
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